JPH01119631A - 溶融還元方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分計〕 本発明は鉱石もしくは予備還元した鉱石を使用して炭素
もしくは金属浴内炭素にて還元反応を生ゼしぬる金属の
溶融還元法において、粉状の鉱石等原料をも上部原料投
入装置から簡便かつ歩留良く炉内へ供給すると共に還元
速度を高める方法に関するものである。

（従来の技術） 金属の溶融還元法においては、例えば特開昭６１−１９
９００９号公報で示されるように、鉱石（予備還元を行
った鉱石を含む）および還元剤で、かつ熱源である炭材
（石炭、この石炭の転宿を行ったコークスもしくはチャ
ー等を総称して炭材と云う）等の原粋を篩等で塊と粉に
分級して、所定サイズ以上の塊状の原料は炉の上部に設
置されている上部原料投入装置より溶融還元炉内へ供給
され、また所定サイズ以下の粉状の原料（以下粉状体と
云う）は給粉装置から炉内の金属浴もしくはスラグ内へ
吹込むことによって溶融還元炉内に供給することが一般
的であった。粉状体と塊状の区分は１ｍｍ近傍に設定さ
れることが普通である。

ところでこのような分級を行う場合、篩分けのための装
置か必要で費用も嵩むことと、粉状体を金属浴内に吹込
む場合には粉状体圧送用の気体の圧縮動力に多量の電力
がかかることに加え粉体圧送による配管等の７耗が大き
いと言った欠点があった。

そこで例えば粉状の鉱石もしくは炭材を単独もしくは適
宜混合して予め適当な大きさに塊成化した後上部原料投
入装置より溶融還元炉内に供給する方法も近年積極的に
試みられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した粉状体もしくは粉状体と塊とが混在した原料を
予め塊成化して使用する溶融還元法において最も重要な
点は、塊成化する際にいかに装置を簡単にし、かつ成形
用のバインダー等のコストを低減するかである。

ところが、従来提案されている方法では鉱石もしくは炭
材の粉状体のみを塊成化することですら費用がかかり、
まして粉状体と塊の混合物を塊成化することは更に困難
な解決すべき多くの問題を有していた。つまり、塊成化
を行う場合は通常は１００ｋｇ／ｃｎｆ程度以上の高い
成形圧を装置にかけること、また形成用のバインダーは
一１般に高価であり、更に塊と粉の混合物ではをつなぎ
止めるため多量のバインダーを必要として安価に塊成化
物を製造できるとは言い難い。

この様になぜ高価な費用をかけて塊成化を行わなければ
ならないかと言えば、すなわち、塊成化された原料を貯
蔵する際に山積みされ山の下部のものは高い圧力を受け
ること、また、輸送してゆく際にベルトコンベア等の搬
送機器もしくは、船・トラック等の輸送装置での積み降
ろしの際には数十ｃｍから数ｍ落下することもあり、塊
成化物はこれらの状況においても粉化しない様に十分な
強度を有していなければならない。

溶融還元法においては特にこの塊成化物の強度が重要な
指標となる。なぜならば、溶融還元法においては年間の
生産量が多く、とくに鉄の溶融還元法においては年間の
生産量は数百万７ｏｎとなることも想定される。従って
山積みされる量も非常に多く、場合によっては数千Ｔｏ
ｎの山もでき、また、輸送も数十Ｔｏｎ／時から数百７
ｏｎ／時といった多量のものとなる。つまり、山積み時
にかかる圧力が大きく、かつ、輸送時に塊成化物が装置
に当たる速度も非常に大きくなるため、塊成化物は強度
が大きくなければならない。

ところが、一般的に塊成化物の落下強度を向上させるた
めには、成形時の圧力を上げるかもしくは、バインダー
の比率を上げると言った対応を取る。しかしながら、成
形圧を上げるためには成形装置の部品の強度を向上させ
るとともに装置全体の支持物および基礎も強化する必要
があり装置の建設費が高価となる。一方、バインダーは
高価であり、バインダーの比率を上げた場合は成形の費
用が極めて高価となるといった問題が生ずる。この様に
塊成化物の落下強度を上げることは、いずれの場合も成
形費用を大幅に高価とすることになる。

また一方では溶融還元法において原料の鉱石を上方から
スラグ中もしくは金属浴中に投入する原料供給方法では
、粉体吹込み法に比べて著しく還元反応速度が遅くなる
ことも良く知られており原料の上方投入法の重大な問題
点である。

本発明はこうした問題点を解決し、溶融還元において高
粘性の炭化水素をバインダーして用い、粉状体もしくは
粉状体と塊の混合物を安価に溶融還元炉内へ供給すると
ともに、被還元物と還元物である炭化水素を混合するこ
とにより金属浴内での溶融還元速度が向上する技術を提
供する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、炉内に鉱石と還元剤等の原料を装入し、溶融
還元する方法において、予め粉状体単味、もしくは該粉
状体が混在する鉱石、あるいはこの鉱石に粉状体単味、
もしくは該粉状体が混在する炭材を混合した混合材料に
、高粘性炭化水素を設定比率で添加混合して塊成化原料
とし、ことの塊成化状原料を上部原料投入装置を介して
前記炉内に装入することを特徴とする溶融還元速度であ
る。

〔作　用〕 第１図は本発明の基本的な構成を説明するためのもので
、周知の溶融還元炉の断面構造図である。１は溶融還元
炉（以下単に炉と言う）であり、２は排ガス処理装置、
３は集塵装置である。

炉１の上部には原料投入装置４が設けられている。この
原料没入装置４には後述する塊成化原料５が貯留されて
いる。尚、６は酸素供給ランスであり、７は溶融金属浴
、８は溶融金属浴７上のスラグをそれぞれ示す。溶融還
元操業においては溶融した金属と溶融状態のスラグの中
に原料の鉱石と還元剤である炭材を原料投入装置より炉
内に投入し還元反応を生ぜしめる。鉱石の還元反応は吸
熱反応であるためこの熱を補償する目的で酸素供給ラン
スより金属浴に酸素を吹付て金属浴中の炭素を燃焼させ
ることにより、金属浴の温度を一定に保つ。

従来の塊成化手段において成形時の落下強度を向上させ
るための費用が高いことは、主に成形時のバインダー単
価が高いことが要因である。

本発明者らは塊成化時の強度を保ち、しかも生産性が高
く、かめ安価な粉状体の塊成化について種々研究を重ね
た結果、バインダーとして安価でかつ溶融還元反応にお
いても有効に熱源もしくは還元剤として作用する高粘性
の炭化水素が有効であると言う知見を得た。

更に具体的に説明すれば、バインダーとしては無機系の
ものと有機系のものがあり、少量でも粒子・粉体の結合
作用の大きいものが一般的である。また一方で金属の溶
融還元法においては前述した炭材、即ち石炭、コークス
、チャー、タール・ピッチ残漬等の炭素の比率の高い炭
化水素類もしくは炭素が還元剤および熱源として用いら
れている。従って、粉状体を凝集させるためのバインダ
ーとして有機系のものから炭素の比率の高い炭化水素類
を遷定して用いれば、このバインダーが還元剤もしくは
熱源として有効活用できることになる。このため塊成化
に十分な強度を与えるまで前記炭化水素系のバインダー
を加えても、バインダーの発熱量に相当する分だけ溶融
還元で消費される熱源が減少する。バインダーを多量に
加えることによる増分コストは前記炭化水素系バインダ
ー費から前述した熱源費用を差し引いただけで済むため
、トータル的に安価なものになる。

本発明においてはこのような塊成化を、粉状体単味、も
しくは該粉状体が混在する鉱石、あるいはこの鉱石に粉
状体単味、もしくは該粉状体が混在する炭材を混合した
混合原料に、前述した高粘性炭化水素を設定比率で添加
し、混合して塊成化原料とすることによって効率的に可
能にしたものである。

第２図は塊成化原料の製造法の一例を示すものであって
、原料輸送設備の構造図である。本例ではバインダーと
しての炭化水素９を貯蔵タンク１０に貯蔵しておき、こ
の炭化′水素９は圧送ポンプ１１を介して噴霧ノズル１
２より噴霧できるよう構成されている。一方、前記鉱石
、あるいは鉱石に炭材を混合した原料（以下塊成化され
る前のこれらの原料を総称して混合原料と云う）１３は
ホッパー１４に貯留され、切出しフィーダー１５等を介
してベルトコンベヤ１６に供給され、図示はしないけれ
ども後続するベルトコンベアを乗り継いで第１図の原料
投入装置４へ送給される。噴霧ノズル１２はベルトコン
ベヤ１６上に対向配置されている。ベルトコンベヤ１６
上の混合原料１３に、貯蔵タンク１０からの炭化水素９
が噴霧ノズル１２より霧状に吹付られる。この結果混合
原料１３に炭化水素９が添加され、塊成化原料となる。

尚、貯蔵タンク１０には電気ヒーター等の加熱装置１７
を設け、炭化水素９の流動性を確保しておくことが好ま
しい。

粉状１体単味、もしくは該粉状体が混在する鉱石、ある
いはこの鉱石に粉状体単味、もしくは該粉状体が混在す
る炭材を混合した混合原料は原料ヤードに積まれている
ものを篩等の事前の分級なしに第２図の装置に供給され
るか、もしくは、これも事前の分級なしに予備還元装置
に供給され目的に応じた予備還元をして該装置に供給さ
れる。

本発明で使用するバインダーとしての炭化水素は、前述
したように常温で粘度の高い流体もしくは常温では固体
であるが、通常の加熱操作により流動化する重油１石炭
乾溜で発生するタール等を用いることが望ましい。つま
り、これらの組成は炭素の比率が多く、沸点が高いため
炉内へ供給された直後の、炉内のスラグもしくは金属浴
内に達する前に急激には蒸発しないが、溶融スラグ中も
しくは金属浴中では高温のこれらの液体と接触して炭化
水素が蒸発するとともに炭化水素の蒸気の分解反応が生
じて、Ｈ２およびＣＯが発生しスラグもしくは金属浴中
にこの高温のＨ２およびＣＯガス気泡が生じ、この気泡
の中で鉱石が還元反応を受けることから、このガスとと
鉱石間の反応により半還元状態の金属を生成することが
できる。

この結果、溶融還元速度は向上して同一溶融還元炉にお
いても従来に比べて高い生産性を達成できた。

特に本発明者らの経験では石炭乾留時の副生成物である
タールを炭化水素として使用することが以下の優れた機
能を発揮し効果的であった。即ち一般的に溶融還元法で
は還元剤として主に石炭が用いられ、かつこの石炭は事
前処理として乾留され、炭素の比率を高めることが行わ
れる。この際には副生成物としてタールが発生するため
、溶融還元においてはこの大量に発生するタールの処理
と利用方法が問題となる。従ってこのタールを前述のバ
インダーとして利用することによりタール処理が容易と
なりかつ副生成物をバインダーとして用いることから塊
成化の費用も安価にでき、秀れた実用的効果が確認され
た。

混合原料への炭化水素の添加比率は、前記塊成化原料が
原料投入装置４から炉内へ装入される際に粉状体が飛散
しない程度の結合強度を発揮し、しかも炉内において炭
化水素が塊成化原料の粒子間において前述した蒸気分解
反応を生じ、従来の塊状の原料のみを装入したとき以上
の溶融還元速度を確保できるように選定した炭化水素の
種類、及び混合原料の種別、成分割合、粒度構成等に応
じて適宜設定すればよい。

〔実施例〕

第１図に示す鉄溶融還元炉において本発明を実施した。

本実施例に用いた混合原料としての鉄鉱石、及び石炭（
炭材）の粒度構成は第１表に、石炭の成分は第２表に示
す通りである。この混合原料は第２図に示す方法で炭化
水素を添加し、混合して塊成化原料５とされるが、この
炭化水素の種別と添加比率を第３表に示すように種々変
化させた試料を予め用意した。また、比較例として従来
法に基づ＜５ｍｍ以上の鉄鉱石も用意し比較操業を実施
した。

第１表 （ｆｆｌ量％） 第２表 第３表 まず、実施例１ではバインダーの炭化水素としてタール
を使用し、噴霧ノズルを経由して、ベルトコンベア上を
移動する鉱石の上に鉱石全体がほぼタールで濡れる様に
噴霧する。この後、ベルトコンベア上を鉱石とタールの
混合物が移動する際には冷却されてゆき、タールをほぼ
固化して原料は塊成化されて、その後にベルトコンベア
上から第２図の貯蔵器１８へ落下させる。また、実施例
２ではタールの代わりに重油を使用し、実施例３では混
合原料として鉱石と石炭の混合物を用いタールを噴霧し
て同様の操作を行った。

使用した炭化水素は混合原料と炭化水素が混合して十分
な強度を持つ適正な比率を求めることを目的として、そ
の添加比率（炭化水素／原料）を第３表に示す様に種々
変更したもの−を前述の溶融還元炉に供給して操業実験
を実施した。

塊成化原料を溶融還元炉上方の原料投入装置４から類１
内に装入して、この原料投入速度および発生ガス流量を
いずれの試験においても一定の条件において操業を実施
し、集塵装置３で回収されるダスト量から原料の飛散ロ
スを調査した。第３表のダスト発生量はその調査結果の
一例を示すものである。

第３表から判るように、バインダー添加比が０．０５以
上となれば実施例１の試料Ｎｏ　１−３．１−４、実施
例２の試料Ｎｏ　２−３．２−４、及び実施例３の試料
Ｎｏ　３−２．３−３、のいずれもが粉状体の殆どは凝
集して塊成化され、それぞれの径が１０ｍｍ以上となり
たことから、原料の飛散ロス無しに上部原料投入装置よ
り溶融還元炉内へ投入でき、ダスト量はいずれの場合も
従来の塊原料投入時とほぼ同等となったことから、原料
の投入時の歩留は塊原料投入時のものと同等であると判
断できる。

次に第３表の塊成化原料を溶融還元炉に投入した際の反
応特性についても次に示す良好な特性を得ることができ
た。解析手段としては、後述する操業法を行い、反応速
度と反応が平衡状態となった際のスラグ中酸化鉄濃度の
関係より求めた。

まず、操業法としては前記炉においそ、上方の原料投入
装置４より塊成化原料５か所定の投入速度で類１内のス
ラグ８中に投入し、溶融還元反応を生ぜしめる。また、
比較例としての粒径が５ｍｍから５０ｍｍである塊鉱石
と塊石炭を上方から投入して溶融還元を行わせ反応特性
を比較・調査した。

本発明と比較７例との溶融還元反応速度の比較・調査な
次の解析を行った。溶融還元炉においで原料の鉱石の投
入速度と還元反応が定常状態となった時点において、ス
ラグの試料を採取してスラグ中のＦｅＯとＦｅ２Ｏ３の
合計である酸化鉄総量（Ｔ、Ｆｅ）分析して、これをス
ラグの反応進行度の指標として第３図に測定値をプロッ
トすると、スラグの（Ｔ、Ｆｅ）還元反応速度は、第３
図のＯ印で示すように一次の相関が見られる。即ちこの
第３図は鉄の溶融還元においてはスラグ中の酸化鉄濃度
と還元反応速度が比例することを示すもので、溶融還元
反応の下記（１１の反応式はスラグ中（Ｔ、Ｆｅ）に関
する一次反応速度式として説明することができる。

即ちこのスラグ中（Ｔ、Ｆｅ）と還元反応速度の関係に
着目すれば、原料鉱石の還元速度ひいては生産性を比較
検討することができる。

ＦｅＯ＋　　Ｃ−４ｘＦｅ　　＋　　Ｃｏ　　・・−・
−（１）ｄ　（０）　／　ｄｔ　−ｋ、　Ｓ、　　（Ｔ
、　Ｆｅ）　　　””（２）ここで。

ｋ　；見掛けの反応速度定数 Ｓ　；スラグ−メタル界面積 そこで具体的な解析内容は次のようになる。見掛けの反
応速度定数には第３図の実線ａの傾きに比例することが
（２）式より判るため反応速度の比較をするためには、
第３図の実線の傾きを前述した試料毎に比較すれば良い
。ここで単に上方から塊鉱石のみを投入した比較例の場
合は、第３図の実線ａの傾きが得られるのに対して、本
発明の塊成化原料を上方から投入した実施例ではいずれ
も第３図の実線すの傾斜の大きい傾きが得られた。

つまり、塊成化原料を上方から投入する本発明において
は、実施例１から実施例３までのいずれによって得られ
た試料に、おいても溶融還元反応速度が従来の塊原料の
上方投入に比べて約１．２〜１．３倍となっていること
が判明し、本発明は溶融還元炉の生産性においても優れ
ていることが示されている。

【発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば金属の溶融還元法にお
いて、粉体を含む原料を安価に塊成化して炉内へ原料投
入する際に歩留良く供給することができ、かつ溶融通光
反応速度を向上することができるため、安価かつ高生産
性の操業が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を説明するためのもので
、周知の溶融還元炉の断面構造を示す図、第２図は塊成
化原料の製造法の一例を示すもので、原料輸送設備の構
造を示す図、第３図は本発明に基づく具体的実施例の効
果を示すもので、溶融還元反応速度調査結果の一例を示
す図である。 １・・・溶融還元炉、２・・・排ガス処理装置、３・・
・集匹装首、４・・・原料投入装置、５・・・塊成化原
料、６・・・酸素供給ランス、７・・・溶融金属浴、８
・・・スラグ、９・・・炭化水素、１０・・・貯蔵タン
ク、１１・・・圧送ポンプ、１２・・・噴霧ノズル、１
３・・・混合原料、１４・・・ホッパー、１５・・・切
出しフィーダー、１６・・・ベルトコンベヤ、１７・・
・加熱装置、１８・・・貯蔵器。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他１名 汁１図 第３図 ？ スラフ゛中トータル冷矢（％） 自発手続補正書　　　１１．２− メ゛、ζ、゛ 昭和６２年１２月７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉内に鉱石と還元剤等の原料を装入し、溶融還元
   する方法において、予め粉状体単味、もしくは該粉状体
   が混在する鉱石、あるいはこの鉱石に粉状体単味、もし
   くは該粉状体が混在する炭材を混合した混合原料に、高
   粘性炭化水素を設定比率で添加混合して塊成化原料とし
   、この塊成化状原料を上部原料投入装置を介して前記炉
   内に装入することを特徴とする溶融還元方法。